荒漠隐花植物功能性状对环境变化的响应机制研究

Trait trade-offs and environmental filtering have been deeply studied in explaining the interaction between vascular plants and ecosystem processes. As an "ecosystem engineer" linking biological and abiotic factors in desert ecosystems, do the same rules and driving forces shape the variation of functional traits of cryptophytes in biological soil crust (BSC) communities? Based on the method of trait analysis, this project will take developed cryptogam as the research object in the marginal area of the Tengger Desert. By means of field investigation, control experiment and model simulation, analyze the variation law of cryptogam functional traits with the environment, and determine the synergistic variation and trade-off relationship between their functional traits, and explore the trade-off strategy of functional traits in resource acquisition and utilization. This project will provide a deeper understanding of how BSC affects ecosystem processes from the perspective of functional traits, provide a theoretical basis for the systematic study of the feeback mechanism between BSC and ecosystem processes in desert ecosystem, and provide a scientific evidence for ecosystem management and restoration and reconstruction in arid regions.

性状权衡与环境筛选在解释维管植物与生态系统过程相互作用中已经得到深入的研究，生物土壤结皮（BSC）作为联系荒漠生态系统生物与非生物因素之间的“生态系统工程师”，是否同样的规则和驱动力也塑造了BSC群落隐花植物功能性状的变异？对此，我们知之甚少。本项目基于性状分析的方法，以腾格里沙漠边缘荒漠区发育的隐花植物为研究对象，通过野外调查、控制实验以及模型模拟等研究手段，分析隐花植物功能性状随环境的变异规律，确定其功能性状间的协同变异与权衡关系，探明功能性状在资源获取、利用的权衡策略。从功能性状角度对BSC层隐花植物如何影响生态系统过程提供更深层次的理解，为系统研究荒漠生态系统BSC与生态系统过程互馈机制提供理论基础，为荒漠生态系统管理与恢复重建提供科学依据。

生物土壤结皮是由藻类、地衣、藓类等隐花植物与土壤细菌、真菌、微小动物等微生物组成的复杂而微小的群落。在研究BSC的演替时，提出了是否可以引进植物生态学中的功能性状理论来预测在植被恢复演替过程中伴随的环境变化或压力梯度变化，BSC在变化的环境和过程中发挥着怎么样的生态作用？因而，我们根据群落性状理论，BSC群落性状可大致分为隐花植物性状、微生物的性状、结皮形态性状等。通过野外调查、室内分析测量及控制实验，以腾格里沙漠东南缘的长时间演替序列的BSC群落为研究对象，（1）测量了BSC群落的隐花植物盖度和高度等形态性状、组织氮含量和组织磷含量以及各种酶活性等生理性状。研究了BSC 层隐花植物功能性状在不同环境的多样性特征以及隐花植物不同功能性状的相关关系；（2）通过高通量测序技术，精确测量BSC中微生物多样性及其组成结构等性状，分析了BSC中微生物网络复杂性和稳定性特征，探究了细菌群落多样性与环境因素的相关性，阐明了土壤细菌群落组成和网络性状潜在的环境驱动因素；（3）研究了BSC在群落构建中的生态功能，发现在植被恢复系统物种侵入和建植的过程中，BSC作为关键的生物因子，在植物物种侵入到植被恢复系统中起着生态过滤作用，促进适应当前植被恢复群落的植物物种的建立和生存。通过本项目的实施，探明了隐花植物群落可通过性状权衡、可塑性或物种替换对环境变化作出响应，系统研究了环境梯度对隐花植物形态性状、生理性状及生态系统过程间的互馈机制，为荒漠生态系统管理与恢复重建提供理论依据。